低强度超声促进单级自养脱氮工艺处理氨氮废水

摘要

单级自养脱氮工艺具有工艺流程短、运行费用低等优点，但由于功能菌群生长缓慢且易流失继而影响脱氮效率。为改善不足，提高该工艺效率，本论文研究低强度超声对单级自养脱氮工艺的影响，并将其应用于生物膜反应器，颗粒污泥反应器和共包埋反应器三种不同形式的单级自养脱氮工艺中，寻找低强度超声和该工艺的最佳结合方式。
　　首先利用低强度超声对短程硝化反应进行强化。实验保持污泥浓度恒定，不断增加超声能量，发现在43.20 kJ时，亚硝酸菌活性最高，反应速率提高25.44％;在此超声能量条件下，随着亚硝酸菌的污泥浓度从0.34 gVSS/L增加到1.03 gVSS/L（即超声能量密度从127.06 kJ/gVSS降低到41.94 kJ/gVSS），氨氧化速率呈现不断上升的趋势，但是继续增加生物量，亚硝酸菌的氨氧化速率开始降低。因此，强化亚硝酸菌的最佳超声能量密度为41.94 kJ/gVSS。进一步探索超声辐射对生物活性影响的机理，结果表明:在最佳超声能量密度下，亚硝酸菌的多糖、蛋白质和胞外聚合物浓度分别提高18.32％，26.54％和22.05％，短程硝化反应过程中关键酶——氨单加氧酶活性也增加36.94％。
　　其次对厌氧氨氧化菌进行低强度超声强化实验。保持污泥浓度恒定，改变超声能量;当超声能量为43.20kJ时，总氮去除速率最大;在此超声能量下，随着污泥浓度由3.75gVSS/L减少至1.19 gVSS/L（即能量密度则从11.52 kJ/gVSS增加到34.56 kJ/gVSS），总氮去除率不断增加，但继续增加污泥浓度，反应速率下降。若按一定比例同时提高或减少污泥浓度和超声能量（即始终保持最佳能量密度为34.56 kJ/gVSS），则实验组菌群的总氮去除速率基本相似，高于对照组约14.06％。对厌氧氨氧化反应中关键酶——肼脱氢酶(HDH)活性进行考察，发现经过43.20kJ超声处理（能量密度为34.56 kJ/gVSS）的厌氧氨氧化菌其HDH活性增加15.46％;而直接对HDH进行超声能量为28.80 kJ处理后，其活性提高40.58％。实验证明低强度超声是促进酶活反应而提高污泥脱氮速率。
　　基于上述研究结果，通过连续运行反应器实验考察低强度超声对单级自养脱氮工艺的长效促进作用。反应器运行337天，第1-177天启动三个反应器用于功能菌的培养;第178-270天为稳定运行阶段，实验结果表明:生物膜反应器、共包埋反应器和颗粒污泥反应器总氮去除率分别为58.94％，55.90％和45.05％，其中生物膜反应器脱氮性能最佳;第271-337天对三个反应器施以超声辐射，生物膜反应器和颗粒污泥反应器脱氮效率分别提高33.88％和22.18％，而共包埋反应器无明显提高。实验结果证明低强度超声能有效强化单级自养脱氮工艺的脱氮效率，显著提高自养脱氮生物膜反应器脱氮效率。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 水体中的氮素污染、危害

1．2 含氮废水生物处理技术及工艺

1．2．1 传统生物脱氮工艺研究

1．2．2 新型脱氮工艺研究

1．3 单级自养脱氮工艺

1．3．1 单级自养脱氮作用机理

1．3．2 单级自养脱氮研究现状

1．4 低强度超声处理技术

1．4．1 低强度超声波生物效应作用机理

1．4．2 低强度超声预处理污泥技术研究

1．5 立题依据及研究思路

1．6 研究目的、内容及技术路线

1．6．1 研究目的

1．6．2 研究内容

1．6．3 研究技术路线

2 亚硝酸菌超声强化

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 污泥及实验水质

2．2．2 批式实验

2．2．3 实验装置

2．2．4 分析项目及测量方法

2．2．5 功能菌群检测

2．2．6 微生物胞外聚合物提取及化学分析

2．2．7 粗酶提取及酶活性化学分析

2．2．8 细胞活性检测

2．2．9 统计学分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 功能菌群分布

2．3．2 超声条件优化

2．3．3 在不同污泥浓度下，同一超声能量对亚硝酸菌活性影响

2．3．4 在同一污泥浓度下，不同超声能量对亚硝酸菌活性影响

2．3．5 不同超声能量对亚硝酸菌胞外聚合物(EPS)的影响

2．3．6 超声畿量对微生物酶活性的影响

2．3．7 超声能量对细胞活性影响

2．4 本章小结

3 超声能量对厌氧氨氧化菌活性影晌

3．1 引言

3．2 实验材料与方法

3．2．1 污泥培养及实验水质

3．2．2 批式实验

3．2．3 分析方法

3．2．4 Anammox菌粗酶提取及酶活性测定

3．2．5 统计学分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 超声条件优化

3．3．2 不同污泥浓度，同一超声能量对Anammox菌活性影响

3．3．3 同一污泥浓度，不同超声能量对Anammox菌活性影响

3．3．4 不同超声能量和污泥浓度对Anammox菌活性影响

3．3．5 超声能量对微生物酶活性影响

3．4 本章小结

4 超声作用对单级自养脱氮工艺影响

4．1 引言

4．2 实验材料与方法

4．2．1 污泥来源及实验水质

4．2．2 污泥包埋

4．2．3 亚硝酸菌生物量优化

4．2．4 Anammox菌生物量优化

4．2．5 包埋载体浓度优化

4．2．6 实验装置及水质分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 亚硝酸菌生物量优化

4．3．2 Anammox菌生物量优化

4．3．3 生物量比例对总氮去除率的影响

4．3．4 包埋溶胶浓度条件优化

4．3．5 反应器启动

4．4 本章小结

5 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢